تحليل طرق تقوية مواد سبائك النحاس
تشمل طرق التقوية الشائعة الاستخدام للنحاس وسبائك النحاس ما يلي: تقوية التشوه، تقوية الحبوب الدقيقة، تقوية المحاليل الصلبة، تقوية الترسيب العمري (هطول الأمطار)، تقوية التشتت، تقوية المواد المركبة، وإضافة العناصر النزرة.
1. تعزيز التشوه
تقوية التشوه هو تحسين قوة وصلابة سبائك النحاس من خلال تشوه البلاستيك. إنها إحدى طرق تقوية سبائك النحاس الأكثر استخدامًا. نظرًا لأن العيوب البلورية الناتجة عن العمل البارد لها تأثير ضئيل على موصلية المادة، فإن طريقة التقوية هذه تعمل على تحسين القوة مع الاستمرار في جعل السبيكة موصلة بدرجة عالية. إن خاصية تقوية التشوه هي أنه بينما تزداد قوة المادة، فإن اللدونة الخاصة بها تنخفض بسرعة، كما أن التوصيل الكهربائي سينخفض قليلاً بسبب زيادة كثافة التفكك. بالإضافة إلى ذلك، عندما ترتفع درجة حرارة الخدمة، ستخضع المادة لعمليات الاسترداد وإعادة البلورة وتنعيمها، ولا يمكن أن يؤدي تعزيز التشوه الفردي إلا إلى زيادة قوة السبيكة إلى حد محدود، لذلك غالبًا ما يتم استخدامها مع طرق تقوية أخرى.
2. تقوية الحبوب الدقيقة
تقوية الحبوب الدقيقة هو استخدام تدابير التصلب السريع أو طرق المعالجة الحرارية للحصول على الحبوب الدقيقة أثناء الصب. يمكن أيضًا إضافة بعض عناصر السبائك النزرة لتحسين الحبوب. يتم تقليل حجم الحبيبات، وزيادة قوة السبيكة، ويكون لها تأثير ضئيل على التوصيل الكهربائي للسبيكة. لذلك، أصبح تقوية الحبوب الدقيقة إحدى طرق التقوية الرئيسية لسبائك النحاس. الميزة البارزة لتقوية الحبوب الدقيقة هي أنها يمكن أن تحسن من مرونة المادة مع تحسين قوة المادة. وذلك لأنه بعد صقل الحبوب، يمكن تخفيف تركيز الإجهاد الناتج عن تراكم الخلع عند حدود الحبوب عندما تتشوه المادة بشكل فعال، مما يؤخر بدء الشقوق، ويمكن تحقيق قدر أكبر من التشوه قبل كسور المادة. يستخدم تكرير الحبوب على نطاق واسع بسبب هذه الميزة.
3. تقوية المحلول الصلب
تسمى ظاهرة زيادة قوة وصلابة المعدن عن طريق دمج عناصر مذابة معينة لتكوين محلول صلب بتعزيز المحلول الصلب. يحدث تقوية المحلول الصلب لأن انحلال ذرات المذاب يسبب تشوهًا في الشبكة البلورية للمعدن المذيب، وبالتالي زيادة مقاومة حركة التفكك. لقد أثبتت الممارسة أن التحكم المناسب في محتوى المذاب في المحلول الصلب يمكن أن يحسن بشكل كبير من قوة المادة وصلابتها مع الحفاظ على اللدونة والمتانة الجيدة. على سبيل المثال: يمكن أن تؤدي إضافة 19% من النيكل إلى النحاس إلى زيادة فيب السبيكة من 220MPa إلى 380~400MPa، والصلابة من HB44 إلى HB70، بينما تظل اللدونة محتفظة بـ ψ=50%. إذا تمكن النحاس من تحقيق نفس تأثير التقوية من خلال وسائل أخرى (مثل تصلب العمل أثناء التشوه البارد)، فستفقد مرونته بالكامل تقريبًا. تقوية المحلول الصلب هي طريقة تقوية تستخدم التفاعل بين ذرات المذابة والاضطرابات المتحركة في المحلول الصلب لإحداث زيادة في إجهاد التدفق. وبإضافة كمية مناسبة من عناصر صناعة السبائك إلى القاعدة لتكوين محلول صلب، سيتم تحسين قوة السبيكة بشكل عام. وفقًا لنظرية موت-نابارو، بالنسبة للحلول الصلبة الرقيقة، يمكن التعبير عن التغير في مقاومة الخضوع مع تركيز العناصر المذابة على النحو التالي: б=бo+kCm. في الصيغة، б هي قوة إنتاج السبيكة؛ бo هي قوة الخضوع للمعدن النقي؛ C هو تركيز الكتلة الذرية المذابة؛ k وm هما ثوابت تحددها خصائص عناصر المصفوفة والسبائك، حيث تتراوح قيمة m بين 0.5 و1.
4. تعزيز هطول الأمطار (هطول الأمطار).
المبدأ الأساسي لتقوية الترسيب العمري هو إضافة عناصر صناعة السبائك إلى النحاس التي لها قابلية ذوبان صلبة صغيرة جدًا في درجة حرارة الغرفة وقابلية ذوبان صلبة كبيرة في درجات حرارة عالية. من خلال معالجة المحلول الصلب بدرجة حرارة عالية، تشكل عناصر صناعة السبائك محلولًا صلبًا مفرط التشبع في القاعدة. تم تحسين هذه القوة مقارنة بالنحاس النقي. ثم من خلال الشيخوخة، يتحلل المحلول الصلب المفرط، وتترسب عناصر السبائك في شكل معين، ويتم تشتيتها وتوزيعها في القاعدة لتشكل مرحلة الترسيب. يمكن للمرحلة المترسبة أن تمنع بشكل فعال حركة حدود الحبوب واضطراباتها، وبالتالي تحسين قوة السبيكة بشكل كبير. يجب أن تستوفي عناصر صناعة السبائك التي تنتج تقوية بالترسيب الشرطين التاليين: أولاً، تختلف قابلية الذوبان الصلبة في النحاس عند درجات الحرارة العالية والمنخفضة تمامًا، بحيث يمكن إنتاج مراحل تقوية كافية أثناء التعتيق؛ ثانيًا، تختلف قابلية ذوبان المواد الصلبة في النحاس في درجة حرارة الغرفة اختلافًا كبيرًا. الذوبان صغير للغاية لضمان الموصلية العالية للمصفوفة. يعد التقوية بالترسيب طريقة التقوية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في سبائك النحاس عالية القوة والموصلية العالية. في سبائك النحاس، من أجل إنتاج تأثير تقوية الترسيب المتقادم، تشمل العناصر المضافة Ti، Co، P، Ni، Si، Mg، Cr، Zr، Be، Fe، إلخ. أكبر ميزة لتقوية الترسيب المتقادم هي أنه يعمل بشكل كبير يحسن قوة المادة مع تقليل الضرر الذي يلحق بالتوصيل الكهربائي.
5. تعزيز الانتشار
تقوية التشتت هي مادة يتم تحضيرها بواسطة تعدين المساحيق وطرق أخرى بعد الخلط الكامل لمسحوق طور تقوية التشتت ذو شكل وحجم معين مع مسحوق النحاس. يتم تشتيت وتوزيع جزيئات المرحلة الثانية (Al2O3، ThO2، Zro2، وما إلى ذلك) في مصفوفة النحاس، ويتم تحسين قوة سبائك النحاس بسبب تأثير تقوية التشتت. هذه الطريقة لها تأثير ضئيل على التوصيل الكهربائي والحراري للنحاس مع تحسين القوة. من أجل الحصول على جسيمات الطور الثاني الموزعة بشكل مشتت في مصفوفة النحاس، يمكن اعتبار أن جزيئات الطور الثاني تضاف إلى مصفوفة النحاس أو يتم إنشاء جسيمات الطور الثاني الموزعة بشكل مشتت في الموقع في مصفوفة النحاس من خلال عملية معينة. تشمل الطرق المحددة ما يلي: طريقة الخلط الميكانيكي، وطريقة الترسيب المشترك، وطريقة الأكسدة الداخلية، وطريقة الترسيب الهلامي العكسي، وطريقة الترسيب الإلكتروليتي، وما إلى ذلك. وتشمل الآليات الرئيسية لتقوية التشتت آلية أولوان وآلية أنسيل لينير.
(1) آلية أوروان. أثناء التشوه اللدن، لا يمكن لخط الخلع أن يقطع جسيم الطور الثاني مباشرة، ولكن تحت تأثير القوة الخارجية، يمكن أن ينحني خط الخلع حول جسيم الطور الثاني، وفي النهاية يتم ترك حلقة خلع حول جسيم الطور الثاني وتفسح المجال . تمريرة خاطئة. إن ثني الخلع سيزيد من طاقة التشوه الشبكي في المنطقة المتضررة من الخلع مما يزيد من مقاومة حركة خطوط الخلع ويزيد من مقاومة الانزلاق.
(2) (2) آلية أنسل لينير. ع أنسيل وآخرون. اقترح نموذج خلع آخر لإنتاج السبائك المعززة بالتشتت. لقد استخدموا كسر جزيئات الطور الثاني المشتتة بسبب تراكم التفكك كمعيار للمحصول. عندما يكون إجهاد القص على الجزيئات مساويًا لإجهاد الكسر للجسيمات المشتتة، فإن السبائك المعززة بالتشتت تنتج.
6. تقوية الألياف المركبة في الموقع
تشير هذه الطريقة بشكل أساسي إلى إضافة عناصر صناعة السبائك الزائدة (Cr، Fe، V، Nb، إلخ) إلى النحاس للحصول على مركب ثنائي الطور. توجد العناصر الزائدة في السبيكة المتصلبة على شكل مرحلة واحدة وبنية شجرية. بعد ذلك، يتم تمديد السبيكة بتشوه كبير، بحيث يتحول الهيكل التغصني لعناصر السبيكة إلى هيكل ليفي. وجود الألياف يزيد من مقاومة حركة الخلع وبالتالي تقوية المادة.
7. أضف العناصر النزرة
إن إضافة بعض العناصر النزرة إلى قاعدة السبيكة لا يؤدي إلى تقوية السبيكة فحسب، بل يعد أيضًا وسيلة فعالة لتطوير مواد مقاومة للتآكل. تعمل بعض هذه العناصر النزرة على تقوية السبيكة من خلال تشكيل أطوار مشتتة، وبعضها عن طريق تنقية بنية المصفوفة، لكن لا أحد منها يقلل بشكل كبير من مقاومتها للتآكل، وبالتالي تحسين الأداء العام للسبيكة.
